Культивирование фототрофов в аппаратах с гибкими перемешивающими устройствами (1095049), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Для поддержания значения рН средына заданном уровне в схему включена емкость с титрующим раствором. Числооборотов мещалки (7), вал которой связан посредством ременной передачи свалом электродвигателя, регулируется при помощи ЛАТРа изменяющего числооборотов вала электродвигателя (на схеме не показан).
Число оборотовмешалки измеряется посредствоммеханического тахометра (на схеме непоказан).Термостатирование процесса культивирования осуществляется с помощьютермостата(2), оснащенногоконтактнымтермометром,связанногосводопроводной сетью и подающего воду в рубашку фотобиореактора дляобеспечения требуемого температурного режима культивирования 35 - 37 ^С.61в Систему данную систему входят: источник света (6)ипусковоеустройство. В полостном реакторе применялась натриевая лампа ДНАТ-70мощностью 70 Вт.Система поддержания рН среды включает в себя два электрода 8, рН-метр,соединенный в единый блок вторичных регистрирующих приборов (9).Концентрацияспирулины в культуральнойжидкости измерялась постандартной методике путем измерения оптической плотности на ФЭК ипересчитывалась в г/л по тарировочной кривой, полученной путем отбора пробна сухой вес с последующим центрифугированием и сушкой биомассы.Емкостьдляподпитки39Фотобиореактор -• Баллон•Компрессор•CCQ-Вода охлаждающая (на вхо• Вода охлаждающая (на выход)Рис.
4.1 Схема установки для фототрофов культивирования62Тарировочная кривая представлена на рис. 4.2. Она представляет собойграфическуюзависимостьоптическойплотностисуспензииспирулиныопределенную на кювете 3 мм, от сухого веса биомассы спирулины.Определение рабочей концентрации микроорганизмов в культуральнойжидкости и контроль состояния культуры производится методом отбора проб сизмерениемоптическойплотностисуспензиимикроорганизмовфотоколориметрическим методом (с помощью прибора ФЭК) и визуально спомощью микроскопа.Тарировочная кривая0,5 п^- j ——• 1 j0,45——————0,4—i0,35—10,3>I—^ ^—I О 0.25и—-——!—....—•-———_l\0,2 —J1——4J0,15...]—f— -•——t0,1—0,05—-[_:_rj1——О0110,050,10,15Сухой вес, г/лРис.
4.2 Тарировочная кривая для Спирулииы.630,24.2. Культивирование спирулииы в аппарате с гибкой мешалкой.Spirulina. Оптимальная температура для культивирования выбранногоштамма 35 — 37 °С.Посевную культуру для аппарата готовили в несколько этапов:1) производился высев клеток микроводоросли на косячки с сусло-агаром;2) через 4 - 5 суток хорошо выросшую штрих-культуру темно-зеленогоцвета высевали газоном на чашки Петри с сусло-агаром и помещали втермостат на 4 - 5 суток при освещении лампой накаливания 150 Вт.При этом средняя освещенность составляла 10 кЛк, температураподдерживалась около 35 °С;3) затем культуру снимали с поверхности среды в чашках Петри средойТамия {661 и переносили в колбу со средой Заррука [7], где штаммпребывал в течение нескольких суток для адаптации к солнечномусвету и жидкой среде;4) переносилив емкостьобъемом0,5 литрасбарботирующимустройством для адаптации культуры к перемешиванию;5) после достижения концентрации 0,4 - 0,6 г/л культуру помещали влабораторный фотобиореактор рабочим объемом 2,5 литра.6)Источник света - натриевая лампа ДНАТ- 70, мощностью 70 Вт.Концентрация диоксида углерода в контуре поддерживалась на уровне 3 - 5%.
Уровень освещенности -^ о = 10 кЛк .Культивированиевелосьврежиме,соответствующемобъемномукоэффициенту 507 ч"' (при п = 500 об/мин, при 8 гибких лопастях мешалки).64Таблица 4.1Динамика роста культуры Spirulina platensisВремяВремя/С труб. 5опыта^ ,часДляг/лУСопытаг/л^ ,часпол/С труб,г/лг/л88лоп.лоп00,40,4843,51,6120,470,47963,741,94240.50.5---360,80,58---481,60,8---562,81---735,441,32---сравнения,наэтомжеграфике,приведенырезультатыкультивирования этого же штамма в трубчатом фотобиореакторе, по даннымзарубежных исследователей [10,18], с производительностью сопоставимой спроизводительностью аппарата с гибким перемешивающим устройством.Как видно из сравнения кривых преимущества фотобиореактора с гибкоймешалкойочевидны,посколькупрактическинеугнетаетсяростмикроорганизмов, при высоких концентрациях суспензии. Это достигаетсяблагодаря высокой кратности обновления освещенного слоя культуральнойжидкостииинтенсивномуперемешивания.
Результатымассообмену,а такжеспецификережимаэкспериментов приведены в таблице 4.1 ипредставлены на графике (рис. 4.3).65Сравнительная динамика ростаспирулины13,5—J•32.5*2r}mi,0• полостнойЛ1,51трубчспый. 10,o:0,5Оо501001,часРис. 4.3 Динамика роста снирулиныгде: // * - удельная скорость роста (7/с ), л: - концентрация биомассы ( г/л) ,/ - время процесса культивирования (час.)4.3. Культивирование хлореллы.Культивирование хлореллы проводилось на аналогичной лабораторнойустановке по аналогичной методике.Эксперименты велись на диком штамме Chlorella vulgaris. Результатыпредставлены на рис. 4.4 и в таблице 4.266Таблица 4.2Динамика роста культуры Chlorella vulgarisВремяВремяопыта/С иол )/V труб. J^ ,часг/лг/л0,40,40,450,50,60,6380,890,742,30,954,881,165,891,470122436485673/L иол/С труб.^ ,часг/лг/л843,51,6966,221,941066,562,21118-2,33124-2,39132-2,42---опытаПолученная кривая динамики роста хлореллырезультатами исследований зарубежныхсопоставлялась сисследователей [10, 18].
Очевидно,что скорость прироста биомассы в полостном фотобиореакторе с гибкимперемешивающим устройством существенно выше чем в трубчатом аппарате иэто объясняется тем, что зоны адсорбции и светоподвода разобщены. Скоростькультуральнойжидкостивтрубчатомаппаратевозлестеноксветопринимающей поверхности равна нулю и при больших концентрацияхпроисходит налипание суспензии микроорганизмовна стенки труб, чтозатрудняет просвечивание слоя и соответственно замедляет процесс приростабиомассы.
В полостном фотобиореакторе свет подается в центральную областьаппарата, светопринимающей поверхностью является вся поверхность полости,где линейная скорость суспензии равна 1 0 - 1 2 м/с, что обеспечивает высокуюкратность обновления освещенного слоя, что обеспечиваетинтенсивного прироста биомассы.67возможностьСравнительная динамика ростахлореллыРис.
4.4 Сравнительная динамика роста хлореллыв нолостном и в трубчатом аннаратахгде: /л* - удельная скорость роста{1/с ), х- концентрация биомассы ( г/л),t - время процесса культивирования {час.)68Глава 5. ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИКУЛБТИВИРОВАНИЯ ФОТОТРОФОВ В АННАРАТАХ С ГИБКИМИНЕРЕМЕШИВАЮЩИМИ УСТРОЙСТВАМИВрезультате проведенных испытаний и предварительных расчетов мыпредполагаем, чтоэкономически выгодно культивировать фототрофы ваппаратах с гибкими перемешивающими устройствамипо сравнению сдругими существующими методами. Теперь необходимо подтвердить данноепредположение в экономических понятиях и категориях.
В качестве объектакультивирования мы выберем спирулину, как наиболее важную с точки зренияпищевой ценности и рассмотрим два наиболее распространенных в нашемклиматическом поясе способа ее культивирования.Наиболее распространены в России лотковые производства спирулины, атакже производства в трубчатых аппаратах.5.1. Нроизводительность установокПод производительностью мы понимаем количество биомассы получаемой ваппарате за одни сутки.
Оговоримся, что удельную производительность вустановках лоткового типа принято измерять в килограммах СБ (сухойбиомассы) на квадратный метр освещенной поверхностикультуральнойжидкости, а удельную производительность трубчатых и глубинных установокизмеряют в килограммах на кубический метр. Эта разница объясняетсяхарактером подвода к культуре лучистой энергии, которая является основнымлимитирующим фактором, оказывающим влияние на скорость роста.Обычно производительность в лотковых установках колеблется в пределахот 4 до 8 г1 м^ • сут.
(завод по производству спирулины в г. Николаев,Украина).Длярасчетовпринимаемсреднеезначениеудельнойпроизводительности — 0,06 кг I м^ • сут.В трубчатых фотобиореакторахвеличина удельной производительностисоставляет 3 кг I м^ • сут.69в фотобиореакорах с гибкими перемешивающими устройствамионадостигает 3 - Акг I м^ • сут.
и выше, что уже характеризует преимуществоновогоспособа по сравнению с традиционными методамиполученияспирулины.5.2. Определение себестоимости продуктаМировыеценынаСБспирулиныколеблютсявзависимостиотальгологической чистоты конечного продукта и его биохимического состава впределах от 25$ до 850$ за кг [85]. Условно будем считать, что получаемыйпродукт во всех приведенных случаях имеет одинаковый состав и качество.Чтобы упростить расчет, будем считать, что капитальные затраты и затраты наобслуживаниеприблизительноодинаковы.Учтемтолькопараметры,существенно влияющие на себестоимость — это затраты электроэнергии наосвещениекультуральнойжидкостии на перемешивание. Затратыприготовление питательной среды и на подачу углекислого газа ненабудемучитывать, так как они технологически обусловлены для любого типаустановок.Для сравнительного расчета зададим для всех типов установок одинаковуюпроизводительность (^р) равную кг 1000 кг/год.5.2.1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
